不同層錯(cuò)能面心立方金屬晶體的疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)及其熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、關(guān)于層錯(cuò)能(SFE)對(duì)面心立方(FCC)金屬晶體疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的影響已經(jīng)取得了較為系統(tǒng)的研究結(jié)果，但其對(duì)疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的影響研究還少見(jiàn)報(bào)道。本論文選取了具有明顯不同層錯(cuò)能的三種FCC金屬晶體(Al、Cu和Cu-16at.％Al)作為研究對(duì)象，先進(jìn)行恒應(yīng)變幅控制的疲勞試驗(yàn)，之后在不同溫度下退火處理，利用SEM-ECC和TEM技術(shù)對(duì)退火前后的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，揭示層錯(cuò)能對(duì)FCC金屬晶體疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)及其熱穩(wěn)定性的影響，為完善低能位錯(cuò)結(jié)構(gòu)理

2、論提供堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　隨著層錯(cuò)能的升高，F(xiàn)CC金屬晶體疲勞后位錯(cuò)結(jié)構(gòu)逐漸由典型的平面滑移型向波狀滑移型位錯(cuò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變:(1) Cu-16at.％Al合金（低SFE）疲勞后微觀結(jié)構(gòu)主要由初級(jí)位錯(cuò)陣列、平面滑移帶以及大量層錯(cuò)組成。隨著總應(yīng)變幅的升高，平面滑移帶逐步發(fā)展為駐留Lüder's帶(PLBs)，堆垛層錯(cuò)寬度減小，體積分?jǐn)?shù)增加;(2)[112]取向銅單晶體（中等SFE）的疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)與外加塑性應(yīng)變幅γpl密切相關(guān)，當(dāng)γpl=

3、3.7×10-4(低于循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變(CSS)曲線平臺(tái)區(qū)），形成的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)主要為脈絡(luò)結(jié)構(gòu)，但同時(shí)觀察到了駐留滑移帶(PSB)樓梯結(jié)構(gòu)，這表明PSB的形成是CSS曲線平臺(tái)區(qū)出現(xiàn)的必要但不充分條件;當(dāng)γpl處于平臺(tái)區(qū)時(shí)，位錯(cuò)結(jié)構(gòu)由PSB樓梯和基體脈絡(luò)兩相結(jié)構(gòu)組成，隨著γpl增大，基體脈絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸化為墻結(jié)構(gòu)和少量胞結(jié)構(gòu)，PSB體積分?jǐn)?shù)逐漸增加;在高于平臺(tái)區(qū)的γpl下，出現(xiàn)大量形變帶，帶內(nèi)位錯(cuò)結(jié)構(gòu)隨著應(yīng)變幅的升高由墻結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔L(zhǎng)胞結(jié)構(gòu)，最

4、后變?yōu)榈容S胞結(jié)構(gòu)，且胞結(jié)構(gòu)尺寸不斷減小，以承受更高的塑性應(yīng)變;(3)粗晶純鋁（高SFE）疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)主要為胞結(jié)構(gòu)，胞尺寸隨著外加總應(yīng)變幅的升高逐漸減小，胞壁逐漸變致密，胞內(nèi)位錯(cuò)密度下降。
　　對(duì)SFE很低的Cu-16at.％Al合金疲勞后分別在300℃、500℃和800℃退火30 min發(fā)現(xiàn)，經(jīng)低、中、高應(yīng)變幅疲勞至低累積塑性應(yīng)變量的樣品在300℃和500℃退火后均未發(fā)生明顯的回復(fù)現(xiàn)象，而800℃退火后所有樣品發(fā)生了明顯的回復(fù)現(xiàn)象

5、，位錯(cuò)密度嚴(yán)重下降。而高應(yīng)變幅高累積應(yīng)變量樣品經(jīng)300℃低溫退火時(shí)就出現(xiàn)了明顯的回復(fù)現(xiàn)象，而且出現(xiàn)了非常細(xì)小的回復(fù)孿晶，這與初始疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)中層錯(cuò)的消失有密切的關(guān)系。但是，所有疲勞樣品均沒(méi)有再結(jié)晶發(fā)生。上述結(jié)果表明，平面滑移型位錯(cuò)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其熱穩(wěn)定性與塑性應(yīng)變幅和累積塑性應(yīng)變量密切相關(guān)，當(dāng)塑性應(yīng)變幅和累積塑性應(yīng)變量較高時(shí)會(huì)降低疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)發(fā)生回復(fù)的溫度。
　　隨著層錯(cuò)能的增大，位錯(cuò)交滑移和攀移變得容易，疲勞位錯(cuò)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性逐漸

6、降低。例如，對(duì)中等SFE的[112]取向銅單晶體的疲勞后位錯(cuò)結(jié)構(gòu)分別在250℃和450℃下退火30 min發(fā)現(xiàn)，250℃退火時(shí)，只有在較高的應(yīng)變幅下形成的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)會(huì)有輕微的回復(fù)現(xiàn)象發(fā)生，而在所有應(yīng)變幅下均未觀察到再結(jié)晶現(xiàn)象。450℃時(shí)，所有應(yīng)變幅下的試樣都發(fā)生了明顯的回復(fù)，而且高應(yīng)變幅樣品(γpl=4.9×10-3和γpl=7.2×10-3)發(fā)生了再結(jié)晶，同時(shí)還觀察到了不完整的退火孿晶。而高SFE粗晶純鋁疲勞后分別經(jīng)200℃、330℃和